Fabrication of high aspect ratio microfluidic devices using direct FS ablation

We present a single stage direct fs ablation results which show that it is possible to make high quality and high aspect ratio devices in a single stage process using a CAD optimised approach.

(Table 3) Isotopic composition of pyrite sulfur and carbonate carbon in carbonate nodules and host sediments from Core DM9-666, Gulf of California

Isotopic-geochemical study revealed presence of mantle He (3He/4He up to 223x10**-8) in gases from mud volcanoes of Eastern Georgia. This fact confirms that the Middle Kura basin fill encloses an intrusive body previously distinguished from geophysical data. Wide variations of carbon isotopic composition d13C in CH4 and CO2 and chemical composition of gas and water at temporally constant 3He/4He ratio indicate their relation with crustal processes. Unusual direct correlations of 3He/4He ratio with concentrations of He and CH4 and 40Ar/36Ar ratio can be explained by generation of gas in the Cenozoic sequence of the Middle Kura basin.

Concrete deterioration due to sulfide-bearing aggregates

Dans la région de Trois-Rivières (Québec, Canada), plus de 1 000 bâtiments résidentiels et commerciaux montrent de graves problèmes de détérioration du béton. Les problèmes de détérioration sont liés à l’oxydation des sulfures de fer incorporés dans le granulat utilisé pour la confection du béton. Ce projet de doctorat vise à mieux comprendre les mécanismes responsables de la détérioration de béton incorporant des granulats contenant des sulfures de fer, et ce afin de développer une méthodologie pour évaluer efficacement la réactivité potentielle de ce type de granulats. Un examen pétrographique détaillé de carottes de béton extraites de fondations résidentielles montrant différents degré d’endommagement a été réalisé. Le granulat problématique contenant des sulfures de fer a été identifié comme un gabbro à hypersthène incorporant différentes proportions (selon les différentes localisations dans les deux carrières d’origine) de pyrrhotite, pyrite, chalcopyrite et pentlandite. Les produits de réaction secondaires observés dans les échantillons dégradés comprennent des formes minérales de "rouille", gypse, ettringite et thaumasite. Ces observations ont permis de déterminer qu’en présence d’eau et d’oxygène, la pyrrhotite s’oxyde pour former des oxyhydroxides de fer et de l’acide sulfurique qui provoquent une attaque aux sulfates dans le béton. Tout d’abord, la fiabilité de l’approche chimique proposée dans la norme européenne NF EN 12 620, qui consiste à mesurer la teneur en soufre total (ST,% en masse) dans le granulat pour détecter la présence (ou non) de sulfures de fer, a été évaluée de façon critique. Environ 50% (21/43) des granulats testés, représentant une variété de types de roches/lithologies, a montré une ST > 0,10%, montrant qu’une proportion importante de types de roches ne contient pas une quantité notable de sulfure, qui, pour la plupart d’entre eux, sont susceptibles d’être inoffensifs dans le béton. Ces types de roches/granulats nécessiteraient toutefois d’autres tests pour identifier la présence potentielle de pyrrhotite compte tenu de la limite de ST de 0,10 % proposée dans les normes européennes. Basé sur une revue exhaustive de la littérature et de nombreuses analyses de laboratoire, un test accéléré d’expansion sur barres de mortier divisé en deux phases a ensuite été développé pour reproduire, en laboratoire, les mécanismes de détérioration observés à Trois-Rivières. Le test consiste en un conditionnement de 90 jours à 80°C/80% RH, avec 2 cycles de mouillage de trois heures chacun, par semaine, dans une solution d’hypochlorite de sodium (eau de javel) à 6% (Phase I), suivi d’une période pouvant atteindre 90 jours de conditionnement à 4°C/100 % HR (Phase II). Les granulats ayant un potentiel d’oxydation ont présenté une expansion de 0,10 % au cours de la Phase I, tandis que la formation potentielle de thaumasite est détectée par le regain rapide de l’expansion suivi par la destruction des échantillons durant la Phase II. Un test de consommation d’oxygène a également été modifié à partir d’un test de Drainage Minier Acide, afin d’évaluer quantitativement le potentiel d’oxydation des sulfures de fer incorporés dans les granulats à béton. Cette technique mesure le taux de consommation d’oxygène dans la partie supérieure d’un cylindre fermé contenant une couche de matériau compacté afin de déterminer son potentiel d’oxydation. Des paramètres optimisés pour évaluer le potentiel d’oxydation des granulats comprennent une taille de particule inférieure à 150 μm, saturation à 40 %, un rapport de 10 cm d’épaisseur de granulat par 10 cm de dégagement et trois heures d’essai à 22ᵒC. Les résultats obtenus montrent que le test est capable de discriminer les granulats contenant des sulfures de fer des granulats de contrôle (sans sulfures de fer) avec un seuil limite fixé à 5% d’oxygène consommé. Finalement, un protocole d’évaluation capable d’estimer les effets néfastes potentiels des granulats à béton incorporant des sulfures de fer a été proposé. Le protocole est divisé en 3 grandes phases: (1) mesure de la teneur en soufre total, (2) évaluation de la consommation d’oxygène, et (3) un test accéléré d’expansion sur barres de mortier. Des limites provisoires sont proposées pour chaque phase du protocole, qui doivent être encore validées par la mise à l’essai d’un plus large éventail de granulats.

Electron microprobe investigations of metamorphic reactions and mineral growth histories, Kwoiek area, British Columbia

The Kwoiek Area of British Columbia contains a pendant or screen of metamorphosed sedimentary and volcanic rocks almost entirely surrounded by a portion of the Coast Range Batholith, and intruded by several dozen stocks. The major metamorphic effects were produced by the quartz diorite batholithic rocks, with minor and later effects by the quartz diorite stocks. The sequence of important metamorphic reactions in the metasedimentary and metavolcanic rocks, ranging in grade from chlorite to sillimanite, is:

1. chlorite + carbonate + muscovite → epidote + biotite

2. chlorite + carbonate → actinolite + epidote

3. chlorite + muscovite → garnet + biotite

4. chlorite + epidote → garnet + hornblende

5. chlorite + muscovite → garnet + staurolite + biotite

6. chlorite + muscovite → aluminum silicate + biotite

7. muscovite + staurolite → garnet + aluminum silicate + biotite

8. staurolite → garnet + aluminum silicate

Continuous reactions, occurring between reactions 5 and 7, are:

A. chlorite + (high Ti) biotite + Al₂O₃ (from plagioclase?)→ garnet + staurolite + (low Ti) biotite + O₂

B. muscovite (phengitic) → garnet + staurolite +muscovite (less phengitic) + O₂ (?)

Detailed electron microprobe work on garnet, staurolite, biotite, and chlorite shows that:

(1) The garnet porphyroblasts are zoned according to a depletion model, called the Rayleigh depletion model, which assumes equilibrium between the edge of a growing garnet and the minerals which are unzoned, notably biotite, chlorite, and muscovite, but which assumes disequilibrium within the garnet.

(2) The staurolite porphyroblasts are also zoned, and from their zoning patterns reactions A, B, and 5 are documented. Progressive reduction of iron with increasing grade of metamorphism is also inferred from the staurolite zoning patterns.

(3) During a late period of falling temperature garnet continued to grow and the biotite and chlorite reequilibrated. The biotite, chlorite, and garnet edge compositions can vary from point to point in a given thin section, indicating that the volume of equilibrium at the final stage of metamorphism was only a few cubic microns.

(4) The horizon within the garnet that grew at maximum temperature can be identified. The Mg/Fe ratio of this horizon, if the garnet composition is a limiting composition in the Al₂O₃ - K₂O - FeO - MgO tetrahedron, increases systematically with increasing metamorphic grade. Biotite and chlorite compositions also show a general increase in Mg/Fe ratio with increasing metamorphic grade, but staurolite appears to show the reverse effect.

(5) The Mg/Fe ratio at the maximum temperature horizon of the garnet porphyroblasts is a function of its Mn content as evidenced from the study of five garnet-bearing rocks, collected from one outcrop area, with the same assemblage but with differing proportions of minerals.

An important implication of zoned minerals is that the effective composition of a system in a phase lies on the join between the homogeneous minerals (if there are two) and not within three-or- four-phase fields when a zoned mineral, such as garnet or staurolite, is present in the assemblage.

Study of the three aluminum silicates found in the Kwoiek Area showed that a constant pressure change in polymorphs from andalusite to kyanite to sillimanite took place with increasing temperature. This transition series is best explained by the metastable formation of andalusite.

Photographic materials on pages 15, 121, 160, 162, and 164 are essential and will not reproduce clearly on Xerox copies. Photographic copies should be ordered.

Tectonics of Central and Eastern California, Late Cretaceous to Modern

The Late Cretaceous to Modern tectonic evolution of central and eastern California has been studied for many decades, with published work generally focusing on specific geographic areas and time periods. The resulting literature leaves the reader, whether graduate student, faculty member, or layperson, wondering what a coherently integrated tectonic evolution might look like, or if it would be at all possible to undertake such a task. This question is the common thread weaving together the four studies presented in this work. Each of the individual chapters is targeted at a specific location and time period which I have identified as a critical yet missing link in piecing together a coherent regional tectonic story. In the first chapter, we re-discover a set of major west down normal faults running along the western slope of the southern Sierra, the western Sierra fault system (WSFS). We show that one of these faults was offset by roughly a kilometer in Eocene time, and that this activity directly resulted in the incision of much of the relief present in modern Kings Canyon. The second chapter is a basement landscape and thermochronometric study of the hanging wall of the WSFS. New data from this study area provide a significant westward expansion of basement thermochronometric data from the southern Sierra Nevada batholith. Thermal modeling results of these data provide critical new constraints on the early exhumation of the Sierra Nevada batholith, and in the context of the results from Chapter I, allow us to piece together a coherent chronology of tectonic forcings and landscape evolution for the southern Sierra Nevada. In the third chapter, I present a study of the surface rupture of the 1999 Hector Mine earthquake, a dextral strike slip event on a fault in the Eastern California Shear Zone (ECSZ). New constraints on the active tectonics in ECSZ will help future studies better resolve the enigmatic mismatch between geologic slip rates and geodetically determined regional rates. Chapter IV is a magnetostratigraphic pilot study of the Paleocene Goler Formation. This study provides strong evidence that continued investigation will yield new constraints on the depositional age of the only fossil-bearing Paleocene terrestrial deposit on the west coast of North America. Each of these studies aims to provide important new data at critical missing links in the tectonic evolution of central and eastern California.